No Universo primitivo, os buracos negros puderam quebrar as regras durante algum tempo.

No coração da Via Láctea, a apenas 27.000 anos-luz da Terra, existe um buraco negro supermassivo com uma massa superior à de 4 milhões de Sóis.

Praticamente todas as galáxias contêm um buraco negro supermassivo, e muitos deles são bastante mais massivos. O buraco negro da galáxia elíptica M87 tem uma massa de 6,5 mil milhões de Sóis. Os maiores buracos negros ultrapassam os 40 mil milhões de massas solares.

Sabemos que estes monstros se escondem no cosmos, mas como é que se formaram?

Uma das hipóteses é que os buracos negros supermassivos se formam ao longo do tempo através de fusões. Devido à matéria escura e à energia escura, as galáxias formaram-se em aglomerados separados por vazios.

Com o passar do tempo, esses vazios tornam-se maiores, enquanto as galáxias se agrupam e acabam por se fundir. Os buracos negros no interior dessas galáxias também se fundem, formando os objetos supermassivos que observamos hoje.

Claro que isso leva tempo. Se este modelo estiver correto, as galáxias mais distantes deverão ter buracos negros menores, com milhões de massas solares, e só deveríamos ver os gigantes com milhares de milhões de massas solares no Universo mais próximo.

Mas as observações do Telescópio Espacial James Webb mostraram que os buracos negros supermassivos em muitas das galáxias mais distantes são enormes.

Buracos negros com massa superior a mil milhões de Sóis já existiam quando o Universo tinha apenas meio milhar de milhão de anos. Esses jovens gigantes são demasiado massivos para serem explicados por fusões e desafiam as explicações convencionais.

Pode perguntar-se porquê. Afinal, o Universo primitivo era incrivelmente denso. Com tanta matéria disponível para os buracos negros devorarem ao pequeno-almoço, porque não poderiam engordar rapidamente?

A razão está em algo conhecido como o Limite de Eddington. À medida que a matéria é atraída para um buraco negro, transforma-se num plasma superquente e de alta pressão. Isso empurra para longe a matéria mais distante do buraco negro, abrandando a taxa de crescimento.

O Limite de Eddington corresponde à velocidade máxima a que um buraco negro pode crescer. E essa taxa não é suficientemente elevada para explicar todos os buracos negros gigantes que vemos no cosmos inicial.

Mas o período mais antigo do Universo era muito diferente do Universo atual. E se o Limite de Eddington não se aplicasse nessa altura? Essa é a questão analisada num estudo recente, disponível no arXiv.

Os autores criaram modelos hidrodinâmicos sofisticados para estudar a formação de buracos negros durante a idade das trevas cósmica.

Esse foi o período após os eletrões e os núcleos arrefecerem o suficiente para formar átomos, mas antes da reionização, quando surgiram as primeiras estrelas e reacenderam o cosmos com luz. Sabemos que foi nessa fase que as galáxias começaram a formar-se, por isso é razoável supor que os buracos negros supermassivos também tenham surgido nessa altura.

Com base nas simulações, os autores concluíram que existiu um período super-Eddington. Havia regiões suficientemente densas para que o material superquente próximo de um buraco negro não conseguisse limpar a região.

Isto permitiu que os primeiros buracos negros crescessem a um ritmo mais rápido do que é possível hoje, mas apenas até cerca de 10.000 massas solares.

Segundo as simulações, depois disso entra em ação o ciclo de retroação de Eddington e a taxa de crescimento volta a ficar limitada. A equipa concluiu também que este crescimento super-Eddington não ajuda muito a longo prazo.

Eventualmente, mesmo os buracos negros que crescem sempre a um ritmo sub-Eddington acabam por atingir a mesma massa. O velocista olímpico Usain Bolt pode ser o ser humano mais rápido do mundo, mas o maratonista Eliud Kipchoge acabará por ultrapassá-lo numa corrida mais longa.

Este estudo sugere fortemente que o crescimento super-Eddington não consegue explicar todos os buracos negros com mil milhões de massas solares que observamos no Universo primitivo.

Como as fusões galácticas também não conseguem justificá-los, este trabalho aponta para outra solução: buracos negros-semente formados muito cedo, talvez até durante o período de inflação pouco depois do Big Bang.

Este artigo foi publicado originalmente pela Universe Today. Leia o artigo original.